2 Le volcanisme - images.hachette

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Chapitre 2 • Le volcanisme
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Le volcanismeLe volcanisme
PROGRAMME
Connaissances
• Le volcanisme est l’arrivée en surface de magma
et se manifeste par deux grands types d’éruption.
Les manifestations volcaniques sont des émissions
de lave et de gaz. Les matériaux émis constituent
l’édifi ce volcanique.
• L’arrivée en surface de certains magmas donne
naissance à des coulées de lave, l’arrivée d’autres
magmas est caractérisée par des explosions proje-
tant des matériaux.
Le magma contenu dans un réservoir magmatique
localisé à plusieurs kilomètres de profondeur est
de la matière minérale en fusion véhiculant des
éléments solides et des gaz.
Les roches volcaniques proviennent du refroidis-
sement du magma.
Le refroidissement par étapes du magma, sa solidi-
fi cation sous forme de cristaux et de verre, donnent
naissance aux roches volcaniques.
La structure de la roche conserve la trace de ses
conditions de refroidissement.
• Les volcans actifs ne sont pas répartis au hasard
à la surface du globe.
Sur les continents, des volcans actifs sont alignés,
principalement autour de l’océan Pacifi que et le
long de grandes cassures.
Dans les océans, les zones volcaniques se situent
dans l’axe des dorsales océaniques.
OBJECTIFS GÉNÉRAUX DU CHAPITRE
Ce second chapitre, consacré à l’étude du volca-
nisme, poursuit l’étude des manifestations de
l’activité interne du globe. Le constat de la réparti-
tion des volcans actifs du globe complète celui de la
répartition des séismes et prépare à la construction
du modèle de la tectonique des plaques. Par ailleurs,
et dans un souci d’éducation à la citoyenneté, ce
chapitre se prolonge naturellement par l’étude de
la prévention des risques volcaniques (chapitre 4).
C’est dans cet esprit que les deux grands types
d’éruptions sont ici opposés, leur dangerosité étant
liée à la spécifi cité de leurs magmas.
On privilégiera, comme pour l’étude des séismes,
une démarche d’investigation. Après avoir observé
les manifestations du volcanisme effusif et celles
du volcanisme explosif, on recherche l’origine des
matériaux émis lors des éruptions. Une fois établie
l’origine profonde des magmas, on s’interroge sur
le devenir de la lave pendant son refroidissement.
La dernière activité du chapitre montre que le
volcanisme n’est pas réparti au hasard, et que les
deux grands types de volcanisme ne se rencon-
trent pas aux mêmes endroits. L’importance du
volcanisme effusif le long de l’axe des dorsales
peut alors être soulignée.
La durée limitée de cette étude ne permet ni une
étude détaillée de telle éruption historique ou une
typologie des appareils volcaniques, ni d’envisager
de manière approfondie les rapports entre les
volcans et les paysages. L’objectif essentiel de ce
chapitre est de faire comprendre le phénomène
volcanique, la naissance d’un volcan étant liée
à la genèse localisée d’un magma. On s’attache
donc à détruire la représentation mentale, souvent
prégnante, de l’existence d’une couche continue
de magma. Le recueil des conceptions que les
élèves peuvent avoir du fonctionnement d’un vol-
can, qu’ils pourront confronter ensuite avec les
notions construites au cours des activités, peut
s’avérer utile à cette fi n.
L’expérimentation établissant une relation entre la
taille des cristaux et la vitesse de refroidissement
de la lave permet de comprendre le mode de for-
mation des roches volcaniques, et ainsi d’identifi er
leurs principales caractéristiques. Le principe
de l’actualisme ayant été défi ni en classe de cin-
quième, les élèves doivent alors être capables
d’interpréter les indices d’un volcanisme ancien à
partir de roches trouvées dans une région. La place
de la modélisation analogique et ses limites dans
une démarche scientifi que rigoureuse, constituent
ici des objectifs méthodologiques.
OUVERTURE DE CHAPITRE
La photographie d’une éruption de l’Etna (Sicile)
montre à la fois des coulées et des projections de
lave, ainsi que l’existence d’un édifi ce volcanique.
On peut signaler la fréquence des éruptions de ce
volcan et consulter à ce sujet le site http://rivie-
rec.club.fr/nouvellepage1.htm. Le spectacle des
éruptions les plus récentes, assez peu explosives,
en a parfois fait une attraction touristique. Mais on
peut évoquer aussi les destructions causées par
certaines éruptions historiques, comme celle de
1669, qui, très explosive, détruisit une grande partie
de la ville de Catane.
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Partie 1 : L’activité interne du globe
Donne tes idées sur…
Les volcans
Les documents proposés sont des supports pour
faire surgir les conceptions initiales des élèves
sur les volcans. L’éruption de l’Etna montre l’image
familière d’un volcan en activité. Le document sur le
puy de Dôme et le puy de Pariou permet d’interroger
les élèves sur la nature de l’appareil volcanique.
L’application du principe de l’actualisme peut leur
faire rapprocher ce document du précédent.
La première question mobilise les représentations
des élèves sur l’origine de la lave. Beaucoup imagi-
nent un modèle de réservoir planétaire de magma
sous l’écorce terrestre. Quelques-uns attribuent au
magma une origine locale, voisine de celle proposée
par Buffon (voir exercice 4), d’autres la situent au cen-
tre de la Terre. Par ailleurs, avec les réponses à cette
première question, on peut aussi se rendre compte
que l’édifi ce volcanique lui-même n’est pas néces-
sairement interprété comme une conséquence du
volcanisme : certains élèves pensent que le volcan est
une montagne qui préexiste à l’activité volcanique.
La seconde question permet de se rendre compte
que, si la majorité des élèves pensent aux formes
des édifi ces volcaniques, peu font appel aux carac-
téristiques des roches qui le constituent.
Quelques-unes des représentations proposées par
des élèves sont présentées ci-dessous (ces dessins
ont été recueillis auprès d’élèves de 4
e
n’ayant pas
encore étudié le volcanisme).
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Chapitre 2 • Le volcanisme
Les conceptions des élèves peuvent être soumises
à la classe afi n de rechercher en commun les
investigations à mener pour valider ou non les
idées qu’ils s’étaient faites du volcanisme. Par
exemple, si pour tous les élèves un volcan est
caractérisé par un édifi ce rejetant de la lave, l’ori-
gine de cette lave et la nature de l’édifi ce diffèrent
beaucoup. Ces deux derniers points serviront donc
à poser les nouveaux problèmes à étudier.
Le document sur l’île de Surtsey (page 33) et
l’activité 2 permettent de remettre en cause les
conceptions erronées sur l’origine de la lave et
de l’édifi ce volcanique. Les réponses à la seconde
question pourront initier l’activité 3 et la modéli-
sation expérimentale de la formation des roches
volcaniques.
Le document 1 compare l’île de Surtsey à sa nais-
sance, en 1963, à son aspect actuel. Le cratère ini-
tial peut être localisé en haut de la vue aérienne de
l’île actuelle, ce qui met en évidence son extension.
Le problème de l’origine des matériaux ayant édifi é
cette île peut alors être posé. En fait, l’éruption
avait commencé bien avant que l’île ne devienne
visible, engendrant des panaches de cendres et de
vapeur d’eau. Au mois de janvier 1964, l’édifi ce vol-
canique restait immergé et atteignait une hauteur
de 480 mètres au-dessus du plancher de l’océan.
Au mois de novembre 1966, l’éruption cessait après
l’émission de 270 millions de m3 de lave.
Le document 2 présente les conséquences d’une
nuée ardente lors de l’éruption du volcan Mérapi en
2006 (le déroulement de cette éruption est étudié
au cours de l’activité 1). L’observation de l’accumu-
lation des cendres, dont l’épaisseur atteint les toits
des maisons, et des destructions causées dans
une région éloignée du volcan qui est visible en
arrière plan, pose le problème de manifestations
volcaniques d’un type différent de celles qui ont
été observées jusque-là. On peut déjà envisager
l’existence des deux types de volcanisme, et moti-
ver ainsi la première activité.
Problèmes scientifi ques à résoudre
– Quelles sont les manifestations des éruptions
volcaniques ?
– D’où proviennent les matériaux émis par un
volcan ?
– Comment la lave devient-elle une roche volca-
nique ?
– Comment le volcanisme est-il réparti sur le
globe ?
Observer et s’interroger
Différentes manifestations
du volcanisme
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Partie 1 : L’activité interne du globe
Exploitation
Les documents proposés dans cette activité per-
mettent de découvrir les caractéristiques de deux
volcans différents : un volcan de type effusif, le
piton de la Fournaise (document 3), et un volcan
de type explosif, le Mérapi (document 4).
Le document 3 montre de longues coulées de lave
(document 3a), leur émission le long d’une fi ssure
(document 3b) et des projections sur une vingtaine
de mètres de haut (document 3c). L’exploitation
de ces trois documents révèle les principales
caractéristiques du volcanisme effusif : fl uidité de
la lave, émission de gaz, jaillissement de fontaines
de lave. On observe également le passage de la
lave à la roche volcanique, très rapide dans le cas
des projections de scories.
Remarque : L’actualité des éruptions du piton de la
Fournaise peut être consultée sur le site http://www.
fournaise.info/.
L’éruption du Mérapi (document 4) permet d’étu-
dier un volcanisme explosif sans évoquer de catas-
trophe planétaire, telles les explosions du mont
Saint-Helens (1980), du mont Pinatubo (1991) ou de
la Soufrière de Montserrat (1997), dont l’ampleur
même pourrait occulter les autres manifestations
de ce volcanisme.
Le document 4 présente la montée d’un dôme de
lave (document 4a) nécessairement visqueuse, et
une nuée ardente (document 4b) provoquée par
la destruction partielle du dôme sous la poussée
des gaz. La chronologie de l’éruption jusqu’au
retour des populations vivant à proximité du volcan
(document 4c) permet de dégager les principales
caractéristiques du volcanisme explosif : viscosité
de la lave, importance des gaz, dangerosité pour
la population et les constructions. Dans le cas de
l’éruption de 2006, la fréquence des nuées arden-
tes a pu éviter une catastrophe, dans la mesure
où le dôme de lave a été périodiquement détruit
au fur et à mesure qu’il grandissait. En absence
de celles-ci, on pouvait craindre une explosion de
grande ampleur, comme en 1930 (1 369 morts) ou
en 1994 (plus de 60 morts). On peut aussi évoquer
les éruptions d’autres volcans indonésiens, comme
celle du Tambora, qui fi t 60 000 morts en 1815, ou
l’explosion du Krakatoa le 27 août 1883, dont les
conséquences sur le climat furent planétaires.
Remarque : On peut suivre la chronologie et les
images de l’éruption de 2006 du Mérapi sur le site
http://geolepwww.epfl .ch/coursgeologie/merapi/
merapi.html.
Réponses aux questions
1. Les documents 3 et 4 permettent de préciser
que les volcans rejettent de la lave, sous forme de
coulées ou de projections, et des gaz. En refroidis-
sant, la lave forme des roches volcaniques.
Activité 1
L’activité volcanique
Quelles sont les manifestations
des éruptions volcaniques ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE
L’objectif de cette activité est d’identifi er les principales manifestations du volcanisme. La comparaison des
éruptions du piton de la Fournaise et du Mérapi, toutes deux la même année, permet de défi nir à la fois :
– les caractères communs aux deux types d’éruption (émission momentanée de lave et de gaz) ;
– les différences entre le volcanisme effusif (coulées de laves fl uides et projections limitées) et le volcanisme
explosif (dôme de lave visqueuse et nuées ardentes).
La comparaison des deux types d’éruption se prête à un exercice de communication scientifi que : la présen-
tation des données sous la forme d’un tableau (saisie des données pertinentes, choix des lignes et des colonnes).
Elle permet aussi une première approche du risque volcanique, étudié au chapitre 4. Le traitement différent de
l’alerte volcanique pour les deux éruptions peut être souligné, afi n de montrer l’intérêt d’adopter une attitude
responsable face aux risques liés à l’environnement.
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Chapitre 2 • Le volcanisme
2. Tableau comparatif des caractéristiques de deux volcans différents (documents 3 et 4) :
Éruptions de 2006 Piton de la Fournaise Mérapi
Aspect de la lave Très fl uide Très visqueuse
Vitesse de la lave 2 à 3 mètres par seconde, soit
moins de 10 kilomètres par heure Vitesse des coulées pyroclastiques : 100 à 300 kilomètres par heure
Importance des projections Fontaines de lave et projections de
scories sur une hauteur de 20 à 30
mètres
Cendres projetées à 3 kilomètres
Nuées ardentes sur 7 kilomètres
(doc. 2 p. 33)
Importance des gaz Faible pression Forte pression
Exploitation
Afi n de faire découvrir la nature d’un édifi ce vol-
canique et son origine, c’est l’exemple du puy de
Lemptégy, en Auvergne, qui a été retenu. L’exploi-
tation de ce volcan pour extraire notamment la
pouzzolane (utilisée comme matériau de construc-
tion) permet de découvrir la constitution de l’édifi ce
volcanique. Le document 5 permet de voir une che-
minée constituée d’une roche dure et compacte,
entourée de scories rejetées lors de plusieurs
éruptions. L’histoire complexe de ce volcan n’est
pas envisagée au cours de cette activité.
Remarque : Pour plus de renseignements sur ce
volcan, qu’il est possible de visiter avec des élèves,
on peut consulter le site du puy de Lemptégy (http://
www.auvergne-volcan.com) et celui de l’académie
de Clermont (http://www3.ac-clermont.fr/etabliss/
tremonteix/lemptegy/historie.htm).
Afi n de faire évoluer les représentations des élè-
ves sur l’origine de la lave et des gaz émis par un
volcan, l’approche historique a été retenue. Ainsi,
le document 6 présente une illustration anonyme
pour « L’écorce terrestre » d’Emile Whit. Elle pré-
sente la conception dominante du volcanisme au
XIXe siècle, comme l’explique Alexandre Bertrand
en 1845 : « Les volcans sont des soupiraux par le
moyen desquels quelques parties des matières en
fusion qui forment la masse interne s’échappent
avec violence pour venir se répandre à la surface du
globe […] Toutes les autres hypothèses, rapportant
Activité 2
La structure et le fonctionnement
d’un volcan
D’où proviennent les matériaux émis par un volcan ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE
Après avoir identifi é les matériaux émis au cours d’une éruption, le problème de leur origine doit être posé.
Cette activité permet d’atteindre plusieurs objectifs cognitifs concernant le phénomène volcanique :
– l’édifi ce volcanique est construit par les matériaux émis au cours des éruptions successives ;
– le magma provient d’un réservoir localisé sous l’édifi ce volcanique lui-même ;
– l’ascension du magma est due à la pression exercée par les gaz sur la matière minérale en fusion ;
– la genèse du magma résulte de la fusion des roches à très grande profondeur.
L’approche historique proposée permet de détruire la conception, encore fréquente chez de nombreux élèves,
d’un volcanisme relié à l’existence d’une couche continue de magma, afi n de mieux construire avec eux un modèle
explicatif à l’aide des données scientifi ques actuelles. Cette approche développe la curiosité des élèves pour
les causes des phénomènes naturels, tout en exerçant leur esprit critique face à une représentation contredite
par les connaissances scientifi ques actuelles. La saisie de données pertinentes, la réalisation d’un schéma, la
formulation des notions construites dans un langage scientifi quement et grammaticalement correct, constituent
des objectifs méthodologiques de cette activité.
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